地学前沿Geology2022年第8期论文导读

　　本期目录
　　01 不同时间尺度下以晶粥为主的岩浆通道的开放体系过程
　　在火山活动频繁的地带，以晶粥为主的岩浆通道系统决定了岩浆喷发的路径。沿着这些路径的开放体系过程及其时间尺度与监测数据和喷发行为直接相关。尽管以晶粥体为主的系统在活火山中很常见，但以前的研究并未整合来自不同喷发批次的晶粥体的数据，以致于只能提供喷发前岩浆过程的部分视角，同时难以解释火山动荡时期的监测信号。该团队专注于研究第勒尼安海的马西里海山，该海山内的矿物数据记录了一个由可喷发熔体和富晶体组成的晶粥体系的岩浆系统垂直贯穿当地洋壳的过程。该团队对马西里橄榄石晶体进行了研究，研究结果约束了开放系统为主下三种岩浆喷发前的时间尺度，主要是：（1）在喷发前数年的时间尺度内，马西里火山深部晶粥带的解聚；（2）在某些情况下，源自地幔的玄武质岩浆快速上升的数天之内，会截断浅部的富斜长石晶粥体；（3）在喷发前大约1-2个月和0.5-3年的时间尺度内，发生熔体和晶粥体之间的多次混合事件。该研究强调了同时研究火山机构不同位置的喷发的重要性，这样可以更好地理解以晶粥为主的通道系统是如何作为一个整体来运行，这样在解释监测数据时可以考虑到该影响因素，从而保证解释结果的可信度。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 869-873
　　译者
　　CUGB@海风
　　校对
　　成都理工大学@华天
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　　02
　　西伯利亚Verkhoyanie南部中-上二叠统冰海混杂堆积岩和六水碳钙石的方解石假晶指示二叠纪澳大利亚东部的P3-P4冰期可能在两极都发育
　　学界发现俄罗斯西伯利亚地区Verkhoyanie南部Kobyume河沿岸出露的中-上二叠统沉积岩发育有3段冰海混杂堆积沉积序列，并且广泛分布有六水碳钙石的方解石假晶（glendonites）。生物地层研究将该沉积序列的时代约束为中-晚二叠世。其中，中二叠世的陆源混杂堆积分布广泛，侧向延伸距离可达1000千米以上；晚二叠世的陆源混杂堆积分布相对局限。研究认为这套陆源混杂沉积序列属于冰海沉积，含冰筏碎屑。该研究发现的西伯利亚两次冰期在时间上与澳大利亚东部发现的P3和P4冰期相当，表明中-晚二叠世南、北两半球具有与当今类似的气候分带模式，即两极发育冰川。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 874-879
　　译者
　　三口刀
　　校对
　　南京大学@吉姆·雷诺
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　　03
　　晚冰期-全新世南半球西风动力机制在南大西洋福克兰群岛的地质记录
　　南半球西风带（SHWW）是南半球中纬度气候的一个主要特征，它的变化与南大洋中CO的储存与释放密切相关。截至目前，西风带在过去的强度和位置上的变化仍未得到很好的阐述，尤其是在更新世-全新世过渡时期，这一时期大气温度和2 CO2浓度均发生波动。该研究对采自南大西洋福克兰群岛中的一个泥炭序列进行了粉尘物质的地球化学分析、粒度测量和古生态学分析，旨在揭示过去16.0-6.5ka内SHWW的变化情况。结果显示，在51 S附近，在南极冷逆转之前和期间（14.9-13.0ka）SHWW强度较低；在13.1-12.1ka期间SHWW随着大气温度的升高而强度增加，随后开始减弱；直至早全新世大暖期的12.1-10.9ka期间，SHWW的强度减至最弱。此外，研究发现在12.0-10.2ka期间，西北气团占据着更为主导的地位，SHWW在此期间强度一直较弱。在大约7.8ka时，地质记录因受到风暴潮或海啸的影响而表现出大幅度的波动。以上的数据显示了在南极冷逆转之前和期间，SHWW自51 S以北发生着纬向南移的变化，在全新世开始之前，SHWW大致位于51 S的位置；在早全新世大暖期期间已经移动到51 S以南。这种变化模式表明在更新世-全新世过渡时期，SHWW的纬向变化与大气温度的变化有着紧密的联系。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 880-885
　　译者
　　苏州大学@杨涵菲
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　　小爪爪
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　　04 Nd同位素的证据表明镁铁质风化增强导致奥陶纪变冷
　　目前尚不清楚到底是火山排放的碳源减少，还是镁铁质（钙，镁硅酸盐）风化的碳汇增加，或是二者共同作用导致了奥陶纪从温室期到冰室期的转换。该研究展示了一组独特，有年龄约束且综合的中-晚奥陶世（470Ma-450Ma）大陆风化同位素代用指标数据集（87Sr/86Sr和εNd(t)），样品为美国内华达州中部羚羊山脉的碳酸盐岩，与来自同一地区已发表的牙形类磷灰石的古温度代用指标测量值（δ18O）配对。这套代用指标记录表明，大约在463Ma，美国东部太康山镁铁质（硅酸盐）风化增强，迫使全球变冷。该研究通过87Sr/86Sr和pCO2的质量平衡模型模拟奥陶纪二氧化碳下降，研究表明火山排放减少和镁铁质风化增强导致pCO2减半，这与δ18O的变化趋势和古温度重建一致。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 886-890
　　译者
　　中南大学@杜明浩
　　校对
　　NJU@哈哈宇
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　　05西伯利亚克拉通岩石圈地幔剖面捕虏体热-成分异常及其岩石圈内部地震不连续面的成因
　　学界目前对大于200km厚的克拉通岩石圈的精细结构和热状态的研究和认识都存在不足，究其原因一是目前仍然无法充分获取来自深部岩石圈的样品，二是在对深部压力（P）和温度（T）估算上也存在相对大的不确定性。针对这个问题，该研究基于对92个新的石榴子石橄榄岩捕虏体的岩相学、原位化学和P-T数据以及文献数据，建立了西伯拉亚克拉通大陆岩石圈地幔极为详细的热-成分剖面。研究发现，该地区的岩石圈地幔热剖面结构复杂，在约55-130公里处的岩石圈地幔处于40-35mW/m²的模式地温梯度，在140-190公里处的地幔具有数值为35mW/m²、较冷的模式地温梯度（model conductive geotherms），此外在岩石圈地幔底部190-230公里处以及135公里处则为热异常层。岩石圈中部135公里处的热异常层的岩石温度高出35mW/m²地温梯度约150 ，富含石榴石和单斜辉石，具有低Mg#和熔体平衡稀土配分模式。研究人员假设这一异常层形成于上升熔体停止（因为挥发分丢失或氧化还原状态改变）的深度范围内，是熔体加热方辉橄榄岩等围岩，并将其转化为二辉橄榄岩或异剥橄榄岩所形成的，这一热异常层可能代表了克拉通岩石圈内部不连续面。在190公里以下的大陆岩石圈地幔主要由粗粒、变形的橄榄岩组成，其Mg#Ol降至0.86，代表了岩石圈-软流圈相互作用的产物。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 891-896
　　译者
　　成都理工大学@童馗
　　校对
　　CUGB@唐演
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　　06 寒武纪中期锯刺拟油栉虫揭示三叶虫类鲎的交配行为
　　有性繁殖是动物生物学的一个基本方面，但目前关于早古生代最早的动物繁殖策略多样性仍不确定。三叶虫和瓦普塔虾等类群特异保存的卵团是寒武纪和奥陶纪真节肢动物繁殖策略的直接证据，但这些类群中用于交配的结构或行为的适应都是未知的。该团队研究发现寒武纪乌溜期加拿大布尔吉斯页岩的耸棒头虫类三叶虫Olenoides serratus身体中部存在类似于成年雄性马蹄蟹的特化抱握器附肢。这些锯刺拟油栉虫新材料的第七胸节和第一尾节保存了明显特化和缩短的内肢，这些特殊附肢的功能可能类似现生节肢动物中性成熟的雄性用于在交配期间抓住雌性的抱握器。锯刺拟油栉虫的抱握器很可能是雄虫在交配期间用于抓住雌性的尾刺的，这与现生马蹄蟹种观察到的交配策略很相似。这一新的发现为三叶虫非生物矿化腹侧形态结构提供了性双形的直接证据。该研究结果阐明了三叶虫的生殖生物学，并表明在现存节肢动物中观察到的复杂交配行为起源于寒武纪大爆发时期。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 897–901
　　译者
　　广东石油化工学院@蔡惠娜
　　校对
　　中国科学院南京地质古生物研究所@孙智新
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　　07多门类，同一时间分辨率？底栖有孔虫、软体动物、海胆、甲壳动物和耳石化石组合相似的均时作用
　　化石组合的均时作用决定了古生态和地质年代推断的时间精度。不同门类生物骨骼耐损性的差异可能会导致共现物种在时间上的不匹配，但是由于缺乏对许多高级分类群均时作用直接的估计，还难以评估这种效应的重要性。此外，埋藏在埋藏活动带以及早期成岩过程可能会降低不同门类化石在地下分解速率的差异。针对这个问题，该团队比较了亚得里亚海北部陆架一个岩芯中共现的来自五个不同门类的主要碳酸盐生产者的均时作用。该团队对单个双壳类的外壳、有孔虫的壳体、规则和不规则海胆的壳体和分隔板、蟹爪以及鱼类耳石进行定年。尽管这些骨骼结构、矿物学特征和生活习性不同，但是所有物种均展现出了相似的均时作用，从大约1800年到3600年（年龄的四分位距）。因此，海胆和甲壳动物的遗骸——这两个具有多元素骨骼的类群被认为保存潜力较低——仍然可以经历和其共现的软体动物壳体一样长时间的年龄混合。分类群物种年龄的中位数相差高达约3700年，反应了全新世海侵期间，每个物种在海底有特定的繁衍时间。研究结果与封存模型一致，该模型使用了埋藏过程以减少不同分类群之间的耐损性差异。这些过程与骨骼产生的时间变化一起，在决定多分类群化石组合的时间分辨率时，可以推翻耐损性的影响。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 902-906
　　译者
　　中南大学@杜明浩
　　校对
　　南京大学@吉姆·雷诺
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　　08 新太古代湖泊叠层石中的底栖微生物产氧证据
　　地质历史时期产氧光合作用的演化从根本上改变了全球环境，但是该代谢过程在大氧化事件（GOE）之前的演化历程并不明确。大氧化事件发生于约2.4Ga，越来越多的证据表明，非海相微生物席在该事件前的几亿年里扮演了局部＂产氧绿洲＂的角色。然而，对太古宙湖泊中微生物沉积记录的氧化还原指标进行直接测试的研究尚不广泛。该研究报道了位于南非Hartbeesfontein盆地，2.74Ga的Ventersdrop超群，湖相叠层石中显著的铈（Ce）正、负异常的空间差异性分布，指示了地质历史时期微生物群落中的氧化还原条件动态变化受产氧光合作用驱动。岩相学分析和稀土元素分析表明，叠层石中的氧化物记录了原生Ce异常信息。微生物席中气泡（以窗格孔的形式保存）周围氧化物呈Ce正异常，而其他位于叠层石纹层中的氧化物呈现较强的Ce负异常。Ventersdorp叠层石中Ce异常的空间分布特征可以简单地解释为微生物席光合作用产生的氧气气泡导致了局部Ce的氧化和消耗。该研究结果支持了产氧光合作用在大氧化事件前约300m.y.出现的假说，并为太古宙非海相沉积记录中存在早期产氧绿洲提供了证据。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 907–911
　　译者
　　CUGB/MQ@SH
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　　小爪爪
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　　09
　　俯冲和碰撞期间的致密化诱发新生代西南扬子克拉通拆沉
　　学界普遍认为大洋板块的俯冲可以诱发克拉通根部发生拆沉，但值得注意的是西南扬子克拉通是在新生代大陆碰撞期间发生了克拉通根部的丢失。减薄的西南扬子克拉通下方的上地幔存在地震波高速体，被解释为未完全拆沉的岩石圈根。结合地球物理观测以及来自克拉通地幔不同深度的始新世镁铁质钾质岩，该研究团队认为尽管浅部和深部岩石圈都具有富水和高氧逸度特征，但是浅部（约50km）残留的岩石圈具有高Fo（100 Mg/[Mg+Fe]=94.2）和低δ18O（5.2‰）值的橄榄石；相比之下， 深部（约130km）拆沉的岩石圈表现为更饱满和致密的特征，即具有低Fo（91.3）和高δ18O（5.9‰）值的橄榄石。上述结果表明深部岩石圈根在早期大洋俯冲过程中由于富铁玄武质熔体的加入而遭受强烈的再富集和致密化。因此，大洋俯冲驱动的再富集和随后大陆碰撞驱动的降温共同导致克拉通根拆沉，拆沉的原因是成分和热的致密化，而不是水化或者氧化作用导致的岩石圈流变学弱化。该研究提供了新生代碰撞造山带克拉通根部拆沉的实例，并强调成分和热致密化在岩石圈拆沉中的关键作用。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 912–917
　　译者
　　西北大学@任祥
　　校对
　　中国科学院广州地球化学研究所@王军博士
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　　10 原生石盐流体包裹体中8.3亿年前的微生物
　　透射光和紫外可见分光（UV-vis）岩相学研究表示，澳大利亚中部8.3亿年的Browne组层状石盐中的原生流体包裹体含有有机固体和液体。这些物质与原核生物细胞、真核生物细胞以及有机化合物在大小、形状、荧光响应方面是一致的。这一发现表明，来自高盐沉积环境的微生物可以在石盐中完好保存数亿年，并且可以仅通过光学方法原位识别。该研究对探索地球和地外化学沉积岩中的生命具有重要意义。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 918–922
　　译者
　　ZYU
　　校对
　　南京大学@月球上的人
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　　11 冰川均衡调整对大陆架地层对比的影响
　　冰川均衡调整（Glacial isostaticadjustment，GIA）导致在冰期—间冰期旋回中区域的海平面变化（local sea-level，LSL）在幅度和时序上相对于全球海平面变化存在差异。该团队模拟了GIA在四个陆架垂直断面的地层记录中的表现。这些断面距离北美第四纪冰盖的距离由远到近，并在冰期-间冰期旋回中受到不同程度GIA的影响。该团队基于将重力自洽的GIA模型从海洋氧同位素阶段（marine oxygen isotopestage，MIS）11运行至今，在每个断面获得了九个位置的LSL的历史变化，这九个位置位于水深1m至250m之间。在假设这些地区不存在构造活动的基础上，该团队将每个地点的LSL历史与50种年沉积模型匹配，集成了一个持续400k.y.的综合地层剖面数据库。基于这个综合地层剖面数据库，不同断面同一水深处的从地层层序计数、表观水深变化和冰消期海侵年龄推断出的冰期-间冰期旋回的数量、规模和年代存在纬度差异。该团队认为，对于许多地区而言，若想提取近冰盖大陆架地层所记录的前新生代冰期-间冰期旋回的数量、规模以及持续时间的信息需要对GIA信号进行解卷积处理。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 923–928
　　译者
　　中科院地化所@Ishmael
　　校对
　　小爪爪
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　　12 俯冲进上地幔的碳酸盐岩台地的底辟作用
　　在汇聚型大陆边缘，岩石圈板块的俯冲作用会将地壳或者地表物质传输至地球深部。部分物质会通过岩浆作用或脱气作用返回地表，而其余的则会被长时间储存于地幔之中。含碳矿物的俯冲命运因其在判断地表CO2的长期可利用性上发挥的重要作用而备受关注。然而，目前对于调整地幔内部碳循环途径的基本过程还缺乏很好的认识。该研究团队利用地球动力学模型来认识大型碳酸盐台地俯冲后的碳循环途径，这种情况常见于欧洲特提斯域。该团队构建了一系列1km厚的碳酸盐台地俯冲的动力学正演模型。结果显示大部分的碳酸盐载量从俯冲板片拆离后底辟上升通过地幔楔，最后与岩石圈地幔混合。较小的一部分在弧前区下方聚集，而更小的一部分碳酸盐则下沉于深部地幔之中。这些冷的底辟碳酸盐岩可以减缓俯冲带之上的硅酸盐地幔的熔融，并对促进少量富碳酸盐熔体和碱性的、硅不饱和的硅酸盐熔体的形成具有重要作用。所以，该研究表明大量的CO2可以以碳酸盐的形式储存在岩石圈地幔最上部。
　　文献来源：
　　Geology (2022) 50 (8): 929–933
　　译者
　　SCSIO@赵涛
　　校对
　　西北大学@任祥
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